基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的在線教育平臺研究

【摘 要】本文分析基于大數(shù)據(jù)分析的在線教育平臺的應(yīng)用價值，闡述從物理層、數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)分析的在線教育平臺交互模型，論述基于大數(shù)據(jù)分析的在線教育平臺實現(xiàn)技術(shù)，針對在線教育平臺應(yīng)用中數(shù)據(jù)標準不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)采集覆蓋面窄、教育模型構(gòu)建專業(yè)性不足、數(shù)據(jù)共享機制尚未形成等問題，提出政府統(tǒng)一數(shù)據(jù)規(guī)范、智慧教室設(shè)置人臉識別與學習狀態(tài)捕抓傳感器、加強大數(shù)據(jù)相關(guān)專業(yè)人員素質(zhì)培養(yǎng)、建立有效的資源共享機制等對策。

【關(guān)鍵詞】大數(shù)據(jù) ?在線教育平臺 ?大數(shù)據(jù)分析技術(shù) ?云計算

【中圖分類號】G ?【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2020）06C-0190-03

隨著信息科技的不斷發(fā)展、教育改革的不斷深入，很多學校都構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)教學平臺，利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)作為教學輔助手段。然而要進一步提升網(wǎng)絡(luò)教學平臺的教育教學效果，使其真正具備“智慧”，就要在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中融入大數(shù)據(jù)技術(shù)，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)采集用戶的學習行為，改變傳統(tǒng)的學習方法，以學生為中心，為不同的學生提供個性化的教育服務(wù)，從而實現(xiàn)教育領(lǐng)域的革命性變革。

大數(shù)據(jù)分析技術(shù)是數(shù)據(jù)分析的前沿技術(shù)，是把大量、種類多樣、有商業(yè)價值并能迅速對數(shù)據(jù)進行分析從而把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為信息資產(chǎn)的技術(shù)。構(gòu)建具有良好的交互水平的在線教育平臺，是發(fā)展基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的在線教育的基礎(chǔ)。目前，基于大數(shù)據(jù)分析的在線教育平臺主要分為兩類：學習行為管理驅(qū)動平臺和教學教育資源驅(qū)動平臺。我國各開放大學如廣播電視大學等高校和國外比較熱門的Blackboard、Moodle等在線教育平臺大部分都是屬于學習行為管理驅(qū)動平臺，而目前的慕課、微課和翻轉(zhuǎn)課堂等屬于教學教育資源驅(qū)動平臺。

一、基于大數(shù)據(jù)分析的在線教育平臺的應(yīng)用價值

基于大數(shù)據(jù)分析的在線教育平臺，是一種基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的學習行為，通過云端采集用戶數(shù)據(jù)，再利用大數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)進行分析、清洗，最后通過針對個人用戶的特定算法對數(shù)據(jù)進一步的迭代，從而獲得一個適合學習者自身的學習方法與用戶數(shù)據(jù)。基于大數(shù)據(jù)分析的在線教育平臺具有以下應(yīng)用價值：

第一，實現(xiàn)隨時隨地學習。基于大數(shù)據(jù)分析的在線教育平臺，教師與學生可以不受時間與空間的限制，進行雙向?qū)W習交互與信息資源的高度共享。通過云端的資源共享，學習者可以非常便利地獲取需要的學習資源，當中包括常用的學習視頻、在線答疑、分析測試和交流互動等內(nèi)容，從而進一步提升自己的學習能力與水平。尤其對于職場上的在職人士來說，他們已經(jīng)脫離了全日制學習，只能利用碎片式的時間學習，而且他們相比全日制學生更難掌握學習的方法，但是利用基于大數(shù)據(jù)分析的在線教育平臺，就能通過移動便攜設(shè)備或者PC端掌握適合自己學習習慣的科學學習方法。

第二，促進個性化教育。傳統(tǒng)的教育對教師的依賴程度較高，教師的個人能力與工作量對整個教育質(zhì)量影響較大。如今在大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上開發(fā)先進的教育應(yīng)用，可使教學更加靈活。數(shù)據(jù)是個性化教育的重要指標，基于大數(shù)據(jù)的個性化教育，可以采集更多更完整的數(shù)據(jù)，比如學生在課堂的表現(xiàn)情況，包括課堂練習情況、作業(yè)情況、參與課堂的表現(xiàn)、課堂教學舉手提問次數(shù)及回答問題的時長和準確率、師生互動頻率和課堂的專注程度等數(shù)據(jù)。通過大數(shù)據(jù)分析，可以如實勾勒出課堂的實景和學生對本次課堂教育的接受程度，從而根據(jù)學生的個體差異實施個性化教育。個性化的教學服務(wù)和獨立自主的教學方式，使得學生能夠根據(jù)自身個體差異制訂學習計劃，把傳統(tǒng)的教育方式轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生主導(dǎo)、老師輔導(dǎo)的教育方式。

第三，促進學生自主學習。由于教育資源有信息化技術(shù)支撐，可以實現(xiàn)遠程的信息同步與共享，未來的教育將在一個開放的教育平臺下，為學生提供寬闊的學習空間，學生可以根據(jù)自身的條件自主創(chuàng)新學習方法和習慣，從而增強學習的獨立自主性。在線教育平臺通過采集學生學習的時間、對各個知識點的理解程度和教學工具的使用等數(shù)據(jù)，將各類數(shù)據(jù)擴展為大數(shù)據(jù)教育信息數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)把海量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有規(guī)律的信息，規(guī)律的信息匯聚成為知識，知識指導(dǎo)著教育，不斷層層細化，從而達到學生自主學習、教師因材施教的目的，有效地提高教育質(zhì)量。

二、基于大數(shù)據(jù)分析的在線教育平臺交互模型的建立

基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的在線教育平臺應(yīng)該以用戶的使用體驗感為核心，針對學習者的需求，為學習者量身定做一套關(guān)于學習的個性化服務(wù)。從平臺的架構(gòu)來看，建立基于大數(shù)據(jù)分析的在線教育平臺交互模型應(yīng)該包含三層：物理層、數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層。如圖1所示。

（一）物理層

在物理層中，通過虛擬化和云計算技術(shù)對物理設(shè)備進行集約化管理，實現(xiàn)資源共享，提供物理基礎(chǔ)。物理層采用虛擬化技術(shù)在提高硬件性能的同時，降低硬件的能耗，大大提高了設(shè)備系統(tǒng)的可靠性和安全性，為大數(shù)據(jù)平臺提供了可靠的硬件基礎(chǔ)。

（二）數(shù)據(jù)層

運用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，在數(shù)據(jù)層中，通過統(tǒng)一身份訪問技術(shù)對實時采集的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，再將初始數(shù)據(jù)進行清洗，對數(shù)據(jù)挖掘進行處理，最后把有價值的數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)中心，并使用數(shù)據(jù)容災(zāi)等技術(shù)備份數(shù)據(jù)，進一步提高平臺系統(tǒng)的可靠性。

（三）應(yīng)用層

基于大數(shù)據(jù)分析的在線教育平臺可以使用人臉識別的方法來認證用戶的訪問權(quán)限，不同權(quán)限的用戶可以登錄到不同的系統(tǒng)界面獲取相應(yīng)權(quán)限的服務(wù)。對于學生而言，登錄到平臺進行在線學習的同時，也為數(shù)據(jù)平臺提供學習的形態(tài)數(shù)據(jù)，可以通過不斷的數(shù)據(jù)采集調(diào)整自身學習的方法，為自身學習定制出一套合理的學習方案，從而提高學習的效率，實現(xiàn)“以人為本，以學為中心”的學習理念。教師通過平臺采集教師的教態(tài)，通過大數(shù)據(jù)分析評估教育方案，一方面可以改進教師的教育教學方法;另一方面教師作為教育者同時也是學習者，基于大數(shù)據(jù)分析的結(jié)果能夠促進教學相長，真正意義上實現(xiàn)以學促教。

三、基于大數(shù)據(jù)分析的在線教育平臺的實現(xiàn)技術(shù)

在當前人工智能發(fā)展迅速的背景下，基于大數(shù)據(jù)分析的在線教育平臺的建設(shè)前提是要把握教育發(fā)展的趨勢與規(guī)律，利用大數(shù)據(jù)與云計算技術(shù)，重點要開展對教育數(shù)據(jù)的挖掘，使得教育平臺具有人的智能性，能夠不斷地通過數(shù)據(jù)采集進行自我動態(tài)升級，從而能夠站在用戶的立場上切實地、精準地為用戶提供個性化交互的教育教學服務(wù)。

（一）數(shù)據(jù)收集

所有的數(shù)據(jù)系統(tǒng)都需要進行數(shù)據(jù)采集，隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，數(shù)據(jù)的采集問題也隨之變得重要。大數(shù)據(jù)采集可以分為離線采集、實時采集和互聯(lián)網(wǎng)采集。離線采集，在數(shù)據(jù)倉庫的語境下，ETL基本上就是數(shù)據(jù)采集的代表，包括數(shù)據(jù)的提取（Extract）、轉(zhuǎn)換（Transform）和加載（Load）。在數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換的過程中，需要針對教育場景對數(shù)據(jù)進行治理，對數(shù)據(jù)進行監(jiān)測與過濾、格式轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)規(guī)范化、數(shù)據(jù)替換、保證數(shù)據(jù)完整性等。實時采集，可以利用Kafka流處理平臺進行采集實時數(shù)據(jù)，利用智能設(shè)備、移動終端和數(shù)據(jù)源提供的API或者采用爬蟲工具采集外部數(shù)據(jù)，實時采集主要考慮教育過程中的流業(yè)務(wù)場景，在流處理場景時，數(shù)據(jù)采集會成為Kafka的消費者，就像一個水壩一般將上游源源不斷的數(shù)據(jù)攔截住，然后根據(jù)業(yè)務(wù)場景進行對應(yīng)的處理（例如去重、去噪、中間計算等），之后再寫入對應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲中。互聯(lián)網(wǎng)采集，利用垂直搜索引擎技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)蜘蛛或者網(wǎng)絡(luò)機器人自動獲取其他教育網(wǎng)站信息，如Scribe日志收集系統(tǒng)可以從不同數(shù)據(jù)源、不同設(shè)備上收集日志，完成在互聯(lián)網(wǎng)上關(guān)于教育數(shù)據(jù)的采集。

（二）數(shù)據(jù)存儲

在數(shù)據(jù)存儲階段，分析不同數(shù)據(jù)存儲方案的優(yōu)缺點，大致分為下面三種。

第一，基于MPP架構(gòu)的新型數(shù)據(jù)庫群集，采用Shared Nothing框架，主要針對行業(yè)大數(shù)據(jù)的存儲，大數(shù)據(jù)教育平臺可以通過大數(shù)據(jù)列存儲、塊級粗粒度索引等處理技術(shù)，結(jié)合MPP架構(gòu)的云計算技術(shù)來完成對教育應(yīng)用的分析。基于這樣技術(shù)的存儲平臺架構(gòu)，具有高速、高可靠性和高擴展性等特點，除了應(yīng)用在大數(shù)據(jù)教育平臺外，也廣泛地應(yīng)用在其他分析類的領(lǐng)域。

第二，基于Hadoop的擴展和封裝技術(shù)，充分地利用Hadoop的開源優(yōu)勢，針對大數(shù)據(jù)的非結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)存儲，把基于Hadoop的擴展和封裝技術(shù)應(yīng)用到互聯(lián)網(wǎng)的大數(shù)據(jù)存儲、支撐大數(shù)據(jù)分析技術(shù)中。Hadoop平臺對于大數(shù)據(jù)復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型、ETL操作、數(shù)據(jù)挖掘和云計算技術(shù)的處理是非常擅長的。

第三，大數(shù)據(jù)教育一體機，這是硬件集合了存儲設(shè)備、終端與服務(wù)器，軟件集合了操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和預(yù)分析處理軟件等，是一個軟件和硬件相結(jié)合的產(chǎn)品。它為大數(shù)據(jù)教育應(yīng)用的處理數(shù)據(jù)、分析以及信息采集提供了支撐，具有良好的縱向擴展性和穩(wěn)定性。

（三）數(shù)據(jù)處理和分析

在數(shù)據(jù)處理階段，根據(jù)不同的教育應(yīng)用領(lǐng)域，可采用MapReduce、Spark、Storm等計算框架對數(shù)據(jù)進行流式處理與批處理等預(yù)處理。在數(shù)據(jù)分析階段，采用Mahout、Spark MLlib等數(shù)據(jù)建模工具來實現(xiàn)分類、聚類、過濾、推薦、頻繁子項挖掘等大數(shù)據(jù)智能分析功能，采用HiveQL查詢語句，能夠提高大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)抽取、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)加載的效率。

四、基于大數(shù)據(jù)分析的在線教育平臺的問題與建議

根據(jù)有關(guān)基于大數(shù)據(jù)的在線教育平臺的調(diào)研報告統(tǒng)計，285位學生中有61.5%的學生認為，現(xiàn)有的教育平臺在界面布局設(shè)計、文字色彩、特效動畫、響應(yīng)速度、操作流程復(fù)雜等方面存在不足;有47%的學生認為，現(xiàn)有的教育平臺在共享資源、及時性、個性化和互動性方面還存在很多問題，需進一步改進、優(yōu)化。

（一）針對數(shù)據(jù)標準不統(tǒng)一問題，政府應(yīng)統(tǒng)一數(shù)據(jù)規(guī)范

大數(shù)據(jù)分析的數(shù)據(jù)基本來自多種類型和多個信息源的集合，面臨的問題就是數(shù)據(jù)字典的統(tǒng)一問題，數(shù)據(jù)的匯聚需要規(guī)范和建立一個統(tǒng)一的標準。基于大數(shù)據(jù)的教學環(huán)境與教學過程方面的數(shù)據(jù)尚未發(fā)展起來，雖然近年在線教育發(fā)展比較成熟，但是數(shù)據(jù)的標準也沒有得到統(tǒng)一，成為大數(shù)據(jù)技術(shù)在教育領(lǐng)域有效應(yīng)用的瓶頸。建議在政府層面上推動大數(shù)據(jù)平臺的發(fā)展并制定相關(guān)大數(shù)據(jù)教育平臺的政策，從頂層上定義數(shù)據(jù)字典，統(tǒng)一數(shù)據(jù)規(guī)范。

（二）針對數(shù)據(jù)采集覆蓋面窄的問題，智慧教室應(yīng)設(shè)置人臉識別與學習狀態(tài)捕抓傳感器

我國已基本建立關(guān)于教育方面的公共服務(wù)平臺，在教育教學和管理方面的數(shù)據(jù)也基本成熟，但是在個性化教育教學方面，尤其是個性化教育教學過程中的數(shù)據(jù)采集方面，尚存不足。在現(xiàn)有的遠程在線教育平臺開發(fā)中，只是單純地利用網(wǎng)絡(luò)把教學方式從傳統(tǒng)的面授改為遠程教學，沒有考慮關(guān)于用戶方面的數(shù)據(jù)分析，對教與學的數(shù)據(jù)采集不夠完善，從而影響教育數(shù)據(jù)的分析。經(jīng)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，目前很多的智慧校園建設(shè)，也沒有統(tǒng)一對教與學的數(shù)據(jù)進行采集研究分析，對大數(shù)據(jù)的應(yīng)用缺乏整體設(shè)計，給未來基于大數(shù)據(jù)的教育發(fā)展帶來困難。建議在智慧校園建設(shè)中除了相關(guān)的智慧平臺外，還應(yīng)該加入智慧教室，設(shè)置人臉識別與學習狀態(tài)捕抓傳感器，學生進入教室，就被自動記錄相關(guān)學習數(shù)據(jù)信息。

（三）針對教育模型構(gòu)建專業(yè)性不足的問題，應(yīng)加強大數(shù)據(jù)相關(guān)專業(yè)人員素質(zhì)培養(yǎng)

數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建是基于大數(shù)據(jù)的在線教育平臺進行有效預(yù)測、監(jiān)管、評價與診斷等功能的總體框架。基于大數(shù)據(jù)的在線教育平臺從應(yīng)用到?jīng)Q策，都要通過嚴謹?shù)臄?shù)據(jù)模型來支撐。由于目前遠程教育平臺都是單獨開發(fā)和構(gòu)建的數(shù)據(jù)模型，沒有真正地利用大數(shù)據(jù)，沒有做到“全民來建”，所以專業(yè)化水平不高。由于前沿教育數(shù)據(jù)分析技術(shù)不足，未能有效利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，導(dǎo)致教育專家知識領(lǐng)域的應(yīng)用與教育科研成果沒有得到充分合理地相結(jié)合，影響了未來的教育發(fā)展。未來的教育應(yīng)加大關(guān)于大數(shù)據(jù)相關(guān)專業(yè)的人員培養(yǎng)，提高教育的數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)建模、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)水平，充分調(diào)動各行業(yè)的積極性和主動性，推動未來教育之路的發(fā)展。

（四）針對數(shù)據(jù)共享機制尚未形成的問題，應(yīng)建立有效的資源共享機制

基于大數(shù)據(jù)的在線教育平臺的核心價值是數(shù)據(jù)，海量數(shù)據(jù)的收集需要全面大規(guī)模的采集，那么就需要合理而規(guī)范地進行數(shù)據(jù)共享與開放。目前，由于商業(yè)利益、個人隱私等因素，還沒有建立有效的數(shù)據(jù)共享與開放機制，因此，還需要通過國家政策建立有效的資源共享機制，通過多種途徑匯聚教學，研究和管理數(shù)據(jù)，擴大數(shù)據(jù)的規(guī)模，形成基于大數(shù)據(jù)分析的教育平臺的獨特優(yōu)勢。

我國的教育正在走向大數(shù)據(jù)時代，誰能夠掌握數(shù)據(jù)，誰就能夠贏得未來的生存;誰能夠運用數(shù)據(jù)，誰就能夠贏得未來的發(fā)展。目前大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展，教育數(shù)據(jù)的形式和應(yīng)用越來越多元化、多樣化，誰能快速發(fā)現(xiàn)和整合數(shù)據(jù)，并能解決如何利用數(shù)據(jù)挖掘其背后的價值這一問題，將會有效增強其在未來的競爭力。在“互聯(lián)網(wǎng)+”的時代，為了更好地應(yīng)對教育大數(shù)據(jù)所面臨的一系列挑戰(zhàn)，基于大數(shù)據(jù)的在線教育平臺的發(fā)展需要將大數(shù)據(jù)技術(shù)與教育領(lǐng)域進行深度融合。

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【基金項目】2016年度廣西壯族自治區(qū)中青年基礎(chǔ)能力提升項目“基于大數(shù)據(jù)的教育技術(shù)信息平臺的應(yīng)用研究”（KY2016YB899）

【作者簡介】李超宇（1982— ），男，廣西梧州人，工學碩士，梧州職業(yè)學院講師，網(wǎng)絡(luò)工程師，研究方向：云計算、大數(shù)據(jù)與計算機網(wǎng)絡(luò)方面的研究。

（責編 王 一）